Межгалактическая астрономия

История исследования галактик началась почти сразу после изобретения телескопа. Еще В. Гершель открыл существование множества светлых пятен туманного вида, видимых в разных созвездиях в одних и тех же местах. Их назвали туманностями. Но до 20-х годов XX в. природа и строение этих туманностей оставались загадкой. Новые мощные телескопы позволили рассмотреть, что туманности – это не облака пыли или газа, а очень далекие звездные системы с огромным количеством звезд. Таким образом, стало ясно, что во Вселенной существует не один только Млечный Путь – Галактика, частью которой является наша Солнечная система, но и многие другие галактики.

В это же время американскому астроному Э. Хабблу при изучении далеких галактик удалось обнаружить в них переменные звезды. Измеряя блеск переменных звезд, ему удалось выяснить расстояние до галактик, в которые они входили. Ближайшая к нам галактика – Туманность Андромеды (она видна как размытое пятно в созвездии Андромеды), до нее около 1,5 млн световых лет и ее можно увидеть невооруженным глазом. Самые далекие галактики расположены на расстоянии 10 млрд световых лет, они видны только в самые мощные телескопы. Размеры их разные – есть карликовые галактики диаметром в несколько десятков световых лет и есть галактики-великаны, доходящие до 18 млн световых лет в поперечнике.

Наблюдая другие галактики, ученым следует помнить, что свет от них до Земли идет миллионы и миллиарды лет, поэтому мы сегодня видим далекое прошлое этих галактик.

Велики не только размеры галактик и расстояния до них, но и количество галактик, известных сегодня. Самый большой 6-метровый телескоп позволяет сфотографировать несколько миллиардов галактик. Поэтому наблюдаемая нами часть Вселенной – это в основном мир галактик, которые существуют не поодиночке, а в скоплениях и группах галактик.

Чрезвычайно разнообразны формы галактик. Еще Хаббл выделил три основные формы галактик. Около 60% всех галактик составляют спиральные галактики, для которых характерны две сравнительно яркие ветви, выходящие из ядра. Эти ветви расположены по спирали. Наша Галактика относится к спиральному типу. 13% галактик относится к типу эллиптических галактик, имеющих форму эллипсоидов. Остальные галактики являются неправильными. Это линзообразные, кольцевые, дисковидные, карликовые галактики.

Лучше всего сегодня исследована Местная группа галактик, в которую входят наша Галактика, Туманность Андромеды, 14 карликовых эллиптических галактик, несколько внегалактических шаровых скоплений и неправильные галактики, самые крупные из которых – Большое и Малое Магеллановы Облака.

Особый интерес у ученых вызывает наша Галактика – Млечный Путь. Большая часть нашей Галактики хорошо видна невооруженным глазом в виде светящейся полосы. К сожалению, Земля расположена не очень удачно для наблюдений Галактики, мы находимся внутри нее и не можем увидеть ее со стороны.

Тем не менее, известно, что наша Галактика представляет собой гигантскую звездную систему, состоящую примерно из 200 млрд звезд, среди которых – наше Солнце. Кроме звезд в Галактику входит много пыли, газа, она пронизана магнитными полями и космическими излучениями. По форме наша Галактика является спиральной. Большую ее часть составляет правильный диск с шарообразным утолщением в центре, напоминающий линзу или чечевицу. Диаметр Галактики – около 100 000 световых лет, толщина – в 10–15 раз меньше, возраст – около 15 млрд лет.

В состав Галактики входят разные звезды. Есть старые и молодые звезды, возраст которых не превышает 100 тыс. лет. Но большая часть звезд имеет средний возраст – несколько миллиардов лет. К этой группе относится и наше Солнце. Оно расположено ближе к краю Галактики, на расстоянии 25 000 световых лет от ее ядра. Солнечная система обращается вокруг центра Галактики со скоростью около 220 км/с за 250 млн лет. Этот период может быть назван галактическим годом.

В спиральных рукавах Галактики звезды расположены неравномерно, образуя «трубы», в стенках которых находятся звезды. Эти рукава соединяются с ядром Галактики. Строение ядра до сих пор остается загадкой и привлекает к себе внимание астрономов. Ядро – сравнительно небольшая область, из которой непрерывно истекает протонно-водородный газ массой 1,5 массы Солнца в год. Откуда берется этот газ и что происходит в ядре, современная наука не знает. Хотя в последнее время появилась гипотеза, что, возможно, в ядре находится черная дыра.

Средние расстояния между галактиками в группах и скоплениях примерно в 10–20 раз больше, чем размеры крупнейших галактик. Таким образом, галактики заполняют пространство с большей относительной плотностью, чем звезды внутри галактик (расстояния между ними в 20 млн раз больше их диаметра).

Хотя в телескопы ученым удается увидеть только галактики, в темном пространстве, разделяющем их, несомненно, присутствует вещество. Межзвездное пространство заполнено газом и пылью, состоящей в основном из водорода и гелия с незначительной примесью других химических элементов. Кроме того, оно насыщено различными излучениями, потоками нейтрино и космических частиц, состоящих из множества разнообразных элементарных частиц. В местах наибольшего скопления газопылевого вещества астрофизикам удалось обнаружить различные органические соединения - углеводороды, спирты, эфиры и даже аминокислоты.

Совокупность галактик всех типов, квазаров, межгалактической среды образует Метагалактику – доступную для наблюдения часть Вселенной, важным свойством которой является однородность и изотропность распределения вещества в ней. Но такой Метагалактика была не всегда. В прошлом, как считает современная космология, она была анизотропна и неоднородна. Поисками следов этого состояния занимается внегалактическая астрономия.

Вопрос о том, является ли Метагалактика единственной, можно ли поставить знак равенства между Метагалактикой и всей Вселенной, пока остается открытым. Существуют гипотезы о множественности метагалактик, множественности вселенных, в каждой из которых действуют свои фундаментальные законы. Современная наука такой возможности не отрицает. Все, что не запрещено законами природы, где-либо и когда-нибудь может быть реализовано.

Вопросы для обсуждения

1. Что такое космология? В чем ее отличие от космогонии?

2. Что такое параллактическое смещение? Базис параллактического смещения?

3. Что такое астрофизика? Какие научные теории способствовали ее появлению?

4. В чем суть фотометрического парадокса?

5. В чем суть гравитационного парадокса?

6. Что такое красное смещение?

7. Что такое эффект Допплера?

8. Каково строение Солнечной системы?

9. Что собой представляет Солнце? Какова его структура?

10. В чем причина светимости звезд?

11. Что такое галактики? Какими они бывают?